遺伝子に適用される用語調節を定義する

細胞が適切に機能するためには、必要なタンパク質を適切なタイミングで合成する必要があります。 すべての細胞は、DNAにコードされた情報からタンパク質の合成を制御または調節する。 RNAとタンパク質を生成するために遺伝子をオンにするプロセスは、遺伝子発現と呼ばれています。 単純な単細胞生物であろうと複雑な多細胞生物であろうと、各細胞はその遺伝子がいつどのように発現されるかを制御します。, これが起こるためには、RNAやタンパク質を作るために遺伝子がいつ発現されるか、どのくらいのタンパク質が作られるか、そしてそれがもはや必要で

遺伝子発現の調節はエネルギーと空間を節約します。 生物が常にすべての遺伝子を発現するためにはかなりの量のエネルギーを必要とするため、必要なときにのみ遺伝子をオンにする方がエネルギー効率, さらに、各細胞で遺伝子のサブセットを発現するだけで、DNAを転写および翻訳するために、しっかりとコイル状の構造からDNAを巻き戻さなければならないため、空間を節約する。 すべてのタンパク質がすべての細胞に常に発現していれば、細胞は巨大でなければなりません。

遺伝子発現の制御は非常に複雑です。 このプロセスにおける機能不全は、細胞に有害であり、癌を含む多くの疾患の発症につながる可能性がある。,

遺伝子の発現

細胞が適切に機能するためには、必要なタンパク質を適切なタイミングで合成する必要がある。 すべての細胞は、DNAにコードされた情報からタンパク質の合成を制御または調節する。 RNAとタンパク質を生成するために遺伝子をオンにするプロセスは、遺伝子発現と呼ばれています。, 単純な単細胞生物であろうと複雑な多細胞生物であろうと、各細胞はその遺伝子がいつどのように発現されるかを制御します。 これが起こるためには、RNAやタンパク質を作るために遺伝子がいつ発現されるか、どのくらいのタンパク質が作られるか、そしてそれがもはや必要で

遺伝子発現の調節はエネルギーと空間を節約します。, 生物が常にすべての遺伝子を発現するためにはかなりの量のエネルギーを必要とするため、必要なときにのみ遺伝子をオンにする方がエネルギー効率 さらに、各細胞で遺伝子のサブセットを発現するだけで、DNAを転写および翻訳するために、しっかりとコイル状の構造からDNAを巻き戻さなければならないため、空間を節約する。 すべてのタンパク質がすべての細胞に常に発現していれば、細胞は巨大でなければなりません。

遺伝子発現の制御は非常に複雑です。, このプロセスにおける機能不全は、細胞に有害であり、癌を含む多くの疾患の発症につながる可能性がある。

遺伝子調節は細胞を異ならせる

遺伝子調節は、ゲノム内の多くの遺伝子のうち、どの遺伝子が”オン”（発現）されるかを細胞が制御する方法である。 遺伝子調節のおかげで、あなたの体の各細胞タイプは、あなたの体のほとんどすべての細胞がまったく同じDNAを含んでいるにもかかわらず、異なる, 遺伝子発現のこれらの異なるパターンは、あなたの様々な細胞型は、その仕事をするために一意に特化した各細胞型を作り、タンパク質の異なるセットを

たとえば、肝臓の仕事の一つは、血流からアルコールなどの有害物質を除去することです。 これを行うために、肝細胞は、アルコールデヒドロゲナーゼと呼ばれる酵素のサブユニット（部分）をコードする遺伝子を発現する。 この酵素は無毒な分子にアルコールを破壊します。 人の脳のニューロンは体から毒素を取り除かないので、これらの遺伝子は表現されていない、または”オフになっています。,”同様に、肝臓の細胞は神経伝達物質を使ってシグナルを送らないので、神経伝達物質遺伝子をオフにしておきます（図1）。

図1. 異なる細胞は異なる遺伝子を持っている”オン。”

肝細胞とニューロン（またはあなたのような多細胞生物のいずれかの二つの細胞型）の間で異なって発現される他の多くの遺伝子があります。

どの遺伝子をオンにするかを細胞はどのように”決定”するのですか？

今、難しい質問があります！ 細胞が発現する遺伝子に影響を与えることができる多くの要因。, 上で見たように、異なる細胞型は異なる遺伝子セットを発現する。 しかし、同じタイプの二つの異なる細胞は、それらの環境および内部状態に応じて異なる遺伝子発現パターンを有していてもよい。

大まかに言えば、細胞の遺伝子発現パターンは、細胞の内側と外側の両方からの情報によって決定されると言うことができます。

• 細胞内からの情報の例：母細胞から受け継いだタンパク質、そのDNAが損傷しているかどうか、そしてそれが持っているどのくらいのATP。,
• 細胞の外部からの情報の例：他の細胞からの化学シグナル、細胞外マトリックスからの機械的信号、および栄養レベル。

これらの手がかりは、細胞がどの遺伝子を発現するかを”決定”するのにどのように役立ちますか？ 細胞はあなたや私がするという意味で決定を下しません。 代わりに、彼らは情報を変換する分子経路を持っています—その受容体への化学シグナルの結合など—遺伝子発現の変化に。

例として、細胞が成長因子にどのように反応するかを考えてみましょう。, 成長因子は、標的細胞に成長および分裂を指示する隣接する細胞からの化学シグナルである。 細胞は成長因子を”認識”し、分裂を”決定”すると言うことができますが、これらのプロセスは実際にどのように起こるのでしょうか？

図2. 細胞分裂を促す成長因子

• 細胞は、成長因子が細胞表面上の受容体タンパク質に物理的に結合することによって成長因子を検出する。,
• 成長因子の結合は、受容体の形状を変化させ、転写因子と呼ばれるタンパク質を活性化する細胞内の一連の化学的事象を引き起こす。
• 転写因子は、核内のDNAの特定の配列に結合し、細胞分裂関連遺伝子の転写を引き起こす。
• これらの遺伝子の産物は、細胞を分裂させる（細胞の成長を促進し、および/または細胞周期において細胞を前進させる）様々なタイプのタンパク,

これは、細胞がどのように情報源を遺伝子発現の変化に変換することができるかのほんの一例である。 他にも多くのものがあり、遺伝子調節の論理を理解することは、今日の生物学における進行中の研究の領域です。

成長因子シグナル伝達は複雑であり、転写因子および非転写因子タンパク質の両方を含む様々な標的の活性化を含む。,

原核生物および真核生物の遺伝子調節

遺伝子発現がどのように調節されているかを理解するためには、まず、遺伝子が細胞内の機能的タンパク質をどのようにコードするかを理解する必要があります。 このプロセスは、原核細胞および真核細胞の両方で、わずかに異なる方法で起こる。,

原核生物は、細胞核を欠いている単細胞生物であり、そのDNAはしたがって、細胞の細胞質に自由に浮遊する。 タンパク質を合成するために、転写および翻訳のプロセスはほぼ同時に起こる。 得られたタンパク質がもはや必要でなくなると、転写が停止する。 その結果、原核細胞においてどのタンパク質の種類とどのくらいのタンパク質が発現されるかを制御する主な方法は、DNA転写の調節である。 以降のすべてのステップは自動的に実行されます。 がタンパク質が必要で、より転写が発生します。, したがって、原核細胞では、遺伝子発現の制御はほとんどが転写レベルである。

対照的に、真核細胞は、それらの複雑さを増す細胞内オルガネラを有する。 真核細胞では、DNAは細胞の核の中に含まれており、そこでRNAに転写されます。 新たに合成されたRNAは、その後、核から細胞質に輸送され、そこでリボソームはRNAをタンパク質に変換する。, 転写および翻訳のプロセスは、核膜によって物理的に分離されており、転写は核内でのみ起こり、翻訳は細胞質の核外でのみ起こる。 遺伝子発現の調節は、プロセスのすべての段階で起こり得る（図1）。, Dnaがヌクレオソームから緩められて転写因子に結合するとき（エピジェネティックレベル）、RNAが転写されるとき（転写レベル）、RNAが転写された後にrnaが処理されて細胞質に輸出されるとき（転写後レベル）、RNAがタンパク質に翻訳されるとき（翻訳後レベル）、またはタンパク質が作られた後（翻訳後レベル）に調節が起こる。

図1., 原核生物の転写と翻訳は細胞質で同時に起こり、転写レベルで調節が起こる。 真核生物遺伝子発現は、核内で起こる転写およびRNAプロセシング中、および細胞質で起こるタンパク質翻訳中に調節される。 さらなる調節は、タンパク質の翻訳後修飾によって起こり得る。

原核生物と真核生物の間のgene現調節の違いを表1にまとめた。, 遺伝子発現の調節は、その後のモジュールで詳細に議論されている。

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